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BLOQUE II: SUPERESTRUCTURA
TEMA 1. FIRMES
TEMA 2. LIGANTES Y CONGLOMERANTESTEMA 2. LIGANTES Y CONGLOMERANTES
TEMA 3. ÁRIDOS
TEMA 4. CAPAS GRANULARES
TEMA 5. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES
TEMA 6. MEZCLAS BITUMINOSAS
CIMENTACIONES Y VIALES
TEMA I: FIRMES
1. DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES
2. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES: SUPERFICIALES Y
ESTRUCTURALES
3. INTRODUCCIÓN A LOS FACTORES DE PROYECTO
4. MATERIALES CONSTITUTIVOS
5 TIPOS DE FIRMES5. TIPOS DE FIRMES
6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS
7. SECCIONES TIPO
CIMENTACIONES Y VIALES
1. DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES Definición según Norma 6.1-IC “Secciones de Firme”: Conjunto de capas Definición según Norma 6.1 IC Secciones de Firme : Conjunto de capas
ejecutadas con materiales seleccionados, y, generalmente, tratados, que
constituye la superestructura de la plataforma, resiste las cargas del tráfico y
it l i l ió t l id d did dpermite que la circulación tenga lugar con seguridad y comodidad.
El firme se apoya en la explanada y ha de poder soportar las cargas de tráfico
durante un período de varios años sin deterioros que afecten a la seguridad, a la
comodidad de los usuarios o a la propia integridad del firme.
Las explanadas, aun las de mayor capacidad de soporte, no pueden resistir por sí
solas la acción directa de fuertes cargas verticales y tangenciales y song y g y
susceptibles a la acción de los agentes meteorológicos.
Las principales funciones de los firmes empleados en carreteras son las
i i tsiguientes:
a) Proporcionar una superficie de rodadura segura y cómoda, cuyas
características se mantengan uniformes durante un período largo de tiempo
(vida útil o período de proyecto), produciéndose deformaciones admisibles y
deterioros que puedan ser objeto de actuaciones eventuales de conservación
y mantenimiento.y
CIMENTACIONES Y VIALES
1. DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES Las principales funciones de los firmes empleados en carreteras son las Las principales funciones de los firmes empleados en carreteras son las
siguientes:
b) Resistir las solicitaciones del tráfico pesado previsto (camiones y autobuses)
ti d l i ti l j id l d frepartiendo las presiones verticales ejercidas por las cargas, de forma que a
la explanada sólo llegue una pequeña fracción de aquellas compatible en todo
caso con su capacidad de soporte. Las deformaciones, tanto recuperables
como remanentes, que se produzcan en la explanada y las diferentes capas
del firme deberán ser admisibles, teniendo en cuenta la repetición de las
cargas y resistencia a la fatiga de los distintos materiales.g y g
c) Resguardar y proteger la explanada de la intemperie, especialmente de las
precipitaciones y del agua en cualquiera de sus formas (hielo).
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2. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES: SUPERFICIALES Y ESTRUCTURALES Las características funcionales de un firme se dividen en dos grandes grupos: Las características funcionales de un firme se dividen en dos grandes grupos:
superficiales y estructurales (algunos autores solamente distinguen entre
características funcionales, superficiales, y estructurales).
C t í ti fi i l Características superficiales:
a) Resistencia al deslizamiento: Obtenida a través de una textura superficial
adaptada a las velocidades previstas de circulación y cuya influencia en la
seguridad de ésta es decisiva.
b) Regularidad superficial: Afecta sobre todo a la comodidad del usuario, y viene
determinada por el grado de alabeo tanto longitudinal como transversal delp g g
pavimento. Las deformaciones con menor longitud de onda son las que mayor
sensación de incomodidad producen.
) R id d d d L ió d id i d l t t tc) Ruido de rodadura: La generación de ruido ocasionada por el contacto entre
neumático y pavimento es una de las principales fuentes de contaminación
acústica en núcleos de población. Además, los ocupantes del vehículo también
sufren de forma continuada sus efectos nocivos.
d) Reflexión luminosa: Factor a considerar para evitar fenómenos de reducción de
visibilidad y deslumbramiento, especialmente durante la noche.y , p
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2. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES: SUPERFICIALES Y ESTRUCTURALES Características superficiales: Características superficiales:
e) Desagüe superficial: Una rápida evacuación de las aguas de lluvia caídas sobre
la calzada disminuye el riesgo de pérdida de agarre, hidroplaneo, proyecciones
d l hí l i l d t á ( l t b )de agua a los vehículos que circulan detrás (y a los peatones en zona urbana).
Características estructurales:
Están relacionadas directamente con las propiedades resistentes-físicas y
mecánicas- de los materiales que constituyen el firme y con el espesor de las
capas que lo conforman.
Mediante el empleo de modelos de cálculo, se puede evaluar la respuesta de lap , p p
estructura a las cargas del tráfico en términos de tensiones, deformaciones y
desplazamientos.
L t i l ét d d l fi d b Los materiales pétreos que componen cada capa del firme deben ser
cuidadosamente seleccionados, de forma que se garantice una calidad suficiente
para que el firme sea resistente y durable. El PG-3 especifica los requisitos a
cumplir por cada material en función de la capa donde se emplee.
El espesor de las capas también define la forma de transmisión y el grado de
amortiguamiento de las tensiones transmitidas por los vehículos.g p
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2. CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES: SUPERFICIALES Y ESTRUCTURALES Además de las características superficiales y estructurales, en el proyecto de Además de las características superficiales y estructurales, en el proyecto de
firmes se han de tener en cuenta los aspectos constructivos y económicos. Es
necesario considera los costes de construcción y también prever los futuros
t d iócostes de conservación.
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3. INTRODUCCIÓN A LOS FACTORES DE PROYECTO El proyecto de un firme debe tener como objetivo la definición de las El proyecto de un firme debe tener como objetivo la definición de las
características geométricas de las diversas capas, así como de su proceso
constructivo.
L f t id l t d fi l i i t Los factores a considerar en el proyecto de firmes son los siguientes:
a) Tráfico
Deben tenerse en cuenta las cargas pesadas esperadas en el carril de proyecto
(el más solicitado, el que determina la estructura del firme de la carretera) durante
la vida útil o período de proyecto adoptado.
La repetición de cargas y la acumulación de sus efectos sobre el firme (fatiga)p g y ( g )
son esenciales para el cálculo.
Además, hay que tener en cuenta las máximas presiones de contacto, las
li it i t i l i t i l ( d f dsolicitaciones tangenciales en ciertas zonas especiales (curvas, zonas de frenado
y aceleración, etc), las velocidades de aplicación, la canalización del tráfico, etc.
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3. INTRODUCCIÓN A LOS FACTORES DE PROYECTO Los factores a considerar en el proyecto de firmes son los siguientes: Los factores a considerar en el proyecto de firmes son los siguientes:
b) Cimiento
Como parámetro fundamental se suele emplear la capacidad de soporte del
l i t i l d f ió f t t ti d d disuelo o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante estimada de diversas
formas o bien su módulo de deformabilidad.
c) Clima
Suele tenerse más en cuenta en la selección de los materiales, como pej. el
betún a emplear, y en determinados elementos constructivos, como el drenaje, que
en el diseño de la propia estructura del firme.p p
d) Materiales disponibles
Determinantes para la selección de la estructura de firme más adecuada
té i ó i t S d b id l di ibilid d d á id d ltécnica y económicamente. Se debe considerar la disponibilidad de áridos y de los
materiales básicos de mayor coste (ligantes y conglomerantes).
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3. INTRODUCCIÓN A LOS FACTORES DE PROYECTO Los factores a considerar en el proyecto de firmes son los siguientes: Los factores a considerar en el proyecto de firmes son los siguientes:
e) Costes
Para la elección de la solución deberán compararse no sólo los costes iniciales
d t ió d l di ti t i id d i t bié l tde construcción de las distintas opciones consideradas, sino también los costes
globales, que incluirán los de conservación y de rehabilitación.
f) Otros factores
Otros factores que en ocasiones afectan de manera importante al proyecto de
un firme son los relacionados con el entorno (ruido, limpieza, estética, etc), las
dimensiones de la obra, el equipamiento y experiencia de las empresas, q p y p p
constructoras, etc.
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4. MATERIALES CONSTITUTIVOS Como materiales básicos utilizados en las diversas capas del firme se emplean los Como materiales básicos utilizados en las diversas capas del firme se emplean los
siguientes:
Suelos granulares de calidad suficiente.
Á id t l d d t it d t t l i l t á id tifi i l Áridos naturales rodados o triturados total o parcialmente y áridos artificiales.
Ligantes hidrocarbonados: betunes asfálticos, emulsiones bituminosas,
betunes modificados con polímeros, betunes fluidificados y betunes fluxados;
conglomerantes hidráulicos y puzolánicos, etc.
Agua
Materiales varios, como barras de acero, aireantes y plastificantes en, , y p
hormigones, activantes en mezclas bituminosas, etc.
Los suelos y los áridos, con adición y mezcla de ligantes o conglomerantes,
f l t i l t tit t d d d fi L áforman los materiales compuestos constituyentes de cada capa de firme. Los más
empleados son:
Capas granulares: formadas por áridos de granulometría continua (zahorras) o
uniforme (macadam).
Materiales granulares estabilizados o tratados: suelos estabilizados con
cemento o cal, gravacemento, gravaescoria, gravaemulsión, etc., g , g , g ,
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4. MATERIALES CONSTITUTIVOS Los suelos y los áridos, con adición y mezcla de ligantes o conglomerantes, Los suelos y los áridos, con adición y mezcla de ligantes o conglomerantes,
forman los materiales compuestos constituyentes de cada capa de firme. Los más
empleados son:
T t i t fi i l i l l i ill l i Tratamientos superficiales: incluyen los riegos con gravilla, los riegos
auxiliares de imprimación, adherencia y curado y las lechadas bituminosas.
Mezclas bituminosas: reciben distintas denominaciones según su constitución y
forma de puesta en obra (mezclas en caliente o en frío, mezclas cerradas o
abiertas, etc).
Hormigones vibrados, hormigones magros para bases, hormigonesg , g g p , g
compactados con rodillo, etc.
Las especificaciones relativas a la composición, medición, puesta en obra y
t l d lid d d t t h ll t id di ti t tí lcontrol de calidad de estos compuestos se hallan contenidas en distintos artículos
del PG-3.
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5. TIPOS DE FIRMES Clasificaremos los firmes en estos cuatro grupos: flexibles, semiflexibles, Clasificaremos los firmes en estos cuatro grupos: flexibles, semiflexibles,
semirrígidos y rígidos.
Firme flexible: Firme constituido por capas granulares no tratadas y por un
i t ( t i d fi d b i ti l f d idpavimento (parte superior de un firme, que debe resistir los esfuerzos producidos
por la circulación, proporcionando a ésta una superficie de rodadura cómoda y
segura) bituminoso de espesor inferior a 15 cm (puede ser un tratamiento
superficial).
Firme semiflexible: Firme constituido por capas de mezcla bituminosa, de espesor
total igual o superior a 15 cm, sobre capas granulares no tratadas.g p , p g
Firme semirrígido: Firme constituido por un pavimento bituminoso de cualquier
espesor sobre una o más capas tratadas con conglomerantes hidráulicos, con
j t d é t i l i 20espesor conjunto de éstas igual o superior a 20 cm.
Firme rígido: Firme en el cual se emplean pavimentos de hormigón.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO
Los firmes flexibles, semiflexibles y semirrígidos están constituidos por varias
capas denominadas de arriba abajo pavimento, base y subbase, respectivamente.
El i t l t i d l fi l ib di t t l El pavimento es la parte superior del firme y la que recibe directamente las
solicitaciones del tráfico. Aporta las características funcionales y , desde el punto
de vista estructural, absorbe los esfuerzos horizontales y parte de los verticales.
Los pavimentos más comunes son las mezclas bituminosas y los riegos con
gravilla. Los riegos se emplean para tráficos de pesados de baja intensidad y para
impermeabilizar y restaurar la textura de pavimentos existentes. Para este finp y p
también se emplean las lechadas bituminosas.
Las mezclas o aglomerados bituminosos se emplean en pavimentos de carretera
t áfi i t id d di lt í b C d lpara tráficos con intensidades medias y altas y en vías urbanas. Cuando el espesor
total del pavimento es superior a 8 cm, suele ejecutarse en 2 capas denominadas
capa de rodadura y capa intermedia, que suelen presentar diferencias de
composición, particularmente en lo que se refiere a la resistencia al pulimento del
árido grueso.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO
La base es la capa del firme situada debajo del pavimento y cuya misión es
eminentemente estructural. Absorbe la mayor parte de los esfuerzos verticales.
E i t dif t ti d b l t ti d t i l Existen diferentes tipos de bases, que emplean uno u otro tipo de material en
función de la calidad exigida por las solicitaciones del tráfico:
Bases granulares: zahorras o macadam.
Bases granulares tratadas: más empleadas son las bases de gravacemento.
Existen otras como el suelocemento, gravaemulsión, gravaescoria,
gravaceniza, etc.g ,
Bases de mezclas bituminosas.
La subbase es la capa de firme situada debajo de la base y sobre la explanada. Su
f ió i l b if tit i d dfunción es proporcionar a la base un apoyo uniforme y constituir una adecuada
plataforma de trabajo para su puesta en obra y compactación. Se emplean
subbases granulares de zahorra, suelocemento, etc.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO6.1. FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO
Sobre la capa granular que vaya a recibir una capa de mezcla bituminosa o un
tratamiento superficial se efectúa, previamente, un riego de imprimación. Los ligantes
á d d f t t i l l i i l dmás adecuados para efectuar estos riegos son las emulsiones especiales de
imprimación, aunque también pueden emplearse con menor eficacia emulsiones de
rotura lenta.
Sobre las capas de materiales tratados con cemento y las capas de mezcla
bituminosa que vayan a recibir una capa de mezcla bituminosa se efectúa,
previamente, un riego de adherencia. La correcta ejecución de este riego esp , g j g
fundamental para el buen comportamiento del firme. Se emplean emulsiones
bituminosas.
Ri d d A li ió d lí l ti if d l ió Riego de curado: Aplicación de una película continua y uniforme de emulsión
bituminosa sobre una capa tratada con un conglomerante hidráulico, al objeto de
impedir la evaporación prematura de humedad.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN
Los firmes rígidos constan fundamentalmente de un pavimento de hormigón, con
frecuencia de una capa de base y a veces incluso una capa de subbase.
El i t á l d l d h i ó ib d di idid l El pavimento más empleado es el de hormigón en masa vibrado, dividido en losas
mediante juntas para evitar, por un lado, las fisuras que aparecerían por la retracción
del hormigón y las variaciones termohigrométricas, y por otro, para facilitar el alabeo
de las losas. De esta forma, el pavimento suele tener juntas longitudinales de alabeo
entre carriles y juntas transversales de contracción distanciadas de 4 a 5 m. En estas
últimas se disponen a veces pasadores (barras lisas de acero no adheridas alp p (
hormigón) para la transmisión de cargas de una losa a la siguiente, con lo que se
asegura la continuidad de la rodadura a largo plazo bajo tráfico pesado.
El h i ó d l l d b t fi i t d bilid d i t i El hormigón de las losas debe tener una suficiente durabilidad y resistencia a
flexotracción, y como cualquier otra capa de rodadura, una superficie antideslizante,
regular y resistente al desgaste.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN
El pavimento de los firmes rígidos puede ser también de hormigón armado. Se
utilizan barras de acero, cuya función es mantener cosidas y cerradas las fisuras que
L i t d j t t l t l t daparezcan. Los pavimentos armados con juntas transversales, actualmente en desuso
pro razones técnicas y económicas, distancia aquéllas tanto más cuanto mayor es la
cuantía de la armadura. De esta manera, se llega a pavimentos continuos de
hormigón armado (sin juntas transversales). Tienen un coste alto, aunque pocos
problemas de conservación y mantenimiento. Se utilizan en EEUU y poco en nuestro
país.p
Dentro de los pavimentos de hormigón armado, se pueden utilizar fibras de acero
repartidas aleatoriamente por toda la masa de hormigón. Elevado coste que reduce su
t d í á ( d t i i t d hí l d i tuso todavía más (zonas de estacionamiento de vehículos pesados, pavimentos
portuarios, etc).
Otro tipo de pavimentos rígidos serían los de hormigón compactado, que se ponen
en obra mediante extendedoras y compactadoras. Suelen acabarse con una capa de
rodadura bituminosa y pueden abrirse al tráfico rápidamente.
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN
Los pavimentos de hormigón pretensado, introducen tendones de acero que
someten a compresión a la losa y permite reducir considerablemente su espesor y
t l it d S h l d d f i l d l i t daumentar su longitud. Se han empleado de forma aislada en algunas pistas de
aeropuertos.
En cuanto a las capas inferiores de los pavimentos rígidos, debido precisamente a
su gran rigidez, no requieren capas con una elevada capacidad de soporte. Es
necesario en cualquier caso, disponer capas entre la explanada y el pavimento para
evitar el descalce de este último y asegurar un apoyo continuo, siendo estable antey g p y ,
los agentes atmosféricos
En este tipo de firmes suelen emplearse capas de base formadas por hormigón
t d í i t ti (15 20 ) Emagro o gravacemento, de un espesor mínimo constructivo (15-20 cm). En zonas
dónde la explanada fuera plástica (IP>10) puede ser necesaria una capa de subbase
(suelocemento p.ej.)
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6. ESTRUCTURA DEL FIRME Y FUNCIONES DE SUS CAPAS6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN6.2. FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN
Un fenómeno a destacar en este tipo de pavimentos, es el pumping o bombeo de
finos, caracterizado por un proceso de erosión del apoyo, con desplazamiento de
tí l fi b j l l d l d l i t U didpartículas finas bajo la losa, que provoca un descalce del pavimento. Una medida para
evitarlo, es la utilización de bases de hormigón magro o gravacemento, el sellado de
juntas y el drenaje adecuado para evitar la entrada de agua debajo del pavimento, etc.
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